单一场址制造:组件一致性与可靠性的黄金标准?

   日期:2018-05-24     来源:PV-Tech每日光伏新闻    浏览:2947    评论:0    
核心提示:将所有制造流程步骤,从原材料至成品组件,放置在同一工厂的同一屋檐下对组件质量与可靠性进行优化。目前大多数晶硅组件产品供应
将所有制造流程步骤,从原材料至成品组件,放置在同一工厂的同一屋檐下对组件质量与可靠性进行优化。目前大多数晶硅组件产品供应商均在不同的国家兼有多个厂区,并通过向第三方进行外包来获得更多灵活性。薄膜制造是目前唯一执行单一产品/单一厂区生产策略的太阳能应用技术。


十年前,当制造产能从兆瓦级别向吉瓦级别扩张时,打造全面集成且自动化生产的生产基地的理念被广为接受,并被认为是通过在同一屋檐下管理从原材料至成品的整个价值链的方式,实现资本化规模经济的最有效途径。
这一理念在过去备受推崇,其核心为单一生产厂区所具有的独特的成本控制能力。这一模式也成为了交钥匙生产线供应商(涵盖晶硅和薄膜技术)所采取的营销方式的基础,以及区域集团宣传可带来当地就业的本土生产模式的核心。

然而,在2017年底—太阳能产业预计将交付100GW组件产品的一年——全面集成式工厂所固有的优势(解决银行可贴现性背后的产品质量与可靠性问题)仅为极少数(几乎没有)的多吉瓦级晶硅组件供应商所采用。

本文阐述了这一状况是如何产生的;以及为何晶硅组件供应商目前所使用的多处生产场址策略(通常位于不同国家及大陆)趋势和较高的分包程度(通常会经常变换)会为投资商及资产业主带来额外的风险。

这些核心主题也是《Photovoltaics International》杂志的出版方Solar Media在2017年11月于马来西亚吉隆坡举行的PV ModuleTech 2017首届研讨会的主要议题。

什么是单一场址模式?

太阳能组件(或电池板)制造仍旧是一项极为复杂的工艺流程,从原材料供应(晶硅产品的多晶硅锭、薄膜产品的玻璃板和半导体材料等)至成品组件之间存在多个生产步骤。

组件产品仍未真正成为商品化产品,这一事实在业内通常存在误解,或是在与产业下游股东们交流时存在误传。太阳能组件需要具有25年以上的可预测、稳定的运行性能。

无论对于拥有千瓦规模安装设备的业主还是拥有几百兆瓦规模的太阳能电站所有方来说,投资回报率在极大程度上取决于组件产品的选择和组件供应商,以及投资商在重要制造问题上履行深度技术与商业审计的能力。

如果我们将多晶硅划分为原材料来源的话,晶硅组件在价值链上共份四个步骤:

硅锭拉制(单晶)或铸造(多晶)

硅片切割

太阳能电池生产

组件生产

晶硅产品单一场址模式最初的理念是将所有四个步骤集成至同一生产厂区。这一提议主要是为了降低非硅步骤的生产成本。

但是,由于多种原因,这一模式从未被晶硅组件制造商广泛应用。或许这也解释了为何晶硅产品领域逐渐不再将单一场址模式作为促进产品一致性、质量与可靠性,以及银行可贴现单一物料清单(BOMs)的主要方式进行讨论。

目前的晶硅产品生产状况事实上与此前已大相径庭,由主导硅锭/硅片供应链的多家公司定义,电池/组件的多样性也成为了复杂多变的目标,受到制造要求与规定等贸易问题的持续推搡。

这一状况可在当前所有吉瓦级晶硅组件供应商身上清楚地见到,硅锭与硅片供应基本由不同的公司完成,并通常位于不同的国家。事实上,即使对于已平衡了硅锭/硅片产能的主流供应商来说,硅锭拉制/铸造和硅片切割通常也分布在不同的工厂或地区内。

每个步骤中同样会经常性地使用外包分包模式,尤其是当市场需求与销售渠道出现波动时,通常会分包至不为中国大陆和台湾地区以外的人员所知晓的企业。

晶硅太阳能电池和组件的生产更为多样化,并且,太阳能电池和组件工厂分布在不同的制造厂区并非特例,或位于同一国家但相距数百英里,或分布于不同国家。

由于向第三方电池与组件制造商进行外包的做法极为普遍,因此各领先晶硅组件供应商的供应链也变得愈加复杂。许多第三方制造商已迅速发展至整个东南亚地区,旨在规避针对交付至欧洲和美国的晶硅组件产品所遭遇的进口壁垒。

因此,当试图从技术或商业尽职调查角度(影响银行可贴现性的相关因素)认证晶硅组件制造商时,所涉及到的组件零部件供应商名单——包括其各自的BOMs、工艺流程、质量检测和财务健康等——与简单明了毫不相干。

而关于组件真伪的挑战也远远超越了最终出售产品铭牌上所标注的企业名称。事实上,对于需对晶硅组件购买方来说,组件是否来自销售产品的公司内部自产,或是通过外包的第三方企业生产,能够用来判断的文件极为有限。

韩华Q Cells与晶澳太阳能是公司品牌组件中使用太阳能电池与组件内部自产比例最高的主流供应商。然而,与几乎所有其他领先晶硅组件供应商相同的是,两家企业均在多个不同国家内拥有多个太阳能电池和组件生产基地,涵盖一系列晶硅组件类型(单晶、多晶、黑硅、PERC、60块和72块电池组件等)。

这也从另一方面解释了为什么在当前的太阳能产业晶硅产品领域内存在众多的组织机构、模式和方法论,来对第三方产品进行组件测试、认证、工厂审计和出具银行可贴现性报告;并且也展示出为何这些第三方企业对于组件购买方与投资商有着如此重要的作用。

此外,还给出了EPC企业、项目开发商和投资商为何不得不在选择电站所使用的组件产品是,了解更多关于企业、工艺流程和材料的全面审计线索的原因。

这一点对于最终资产业主来说尤为重要,他们中的许多人仅在二级市场上购买已建成太阳能电站,丝毫未参与到所收购资产在选择零部件供应和影响建造质量的决策过程中。

薄膜与晶硅产品的不同

将半导体层在玻璃面板上进行掺杂的薄膜太阳能产品制造流程是当前太阳能产业内的一款差异化产品。笼统地说,产业内的企业共使用过三种技术:CdTe、CIGS和非晶硅类型。

各家公司在多年前曾为非晶硅类型产品商业化进行了短暂的尝试,最终,有限的电池板效率、较高的制造成本,以及设备可靠性等问题最终成为该技术在当下太阳能产业中发展的阻碍。目前仅有两家公司成功地将薄膜产品制造量产至吉瓦,甚至多吉瓦级别——生产CdTe产品的First Solar和生产CIGS产品的Solar Frontier。

目前,First Solar是唯一一家实现多吉瓦级薄膜产品产能的企业,并成功地在多个厂址上实现工厂/工艺复制。

薄膜生产的固有特征即是单一地点制造即是,因而,First Solar公司可以说是唯一一家可以生成实现了单一场址模式运行的主流吉瓦级太阳能组件制造商(包括晶硅产品和薄膜产品),并使用相同生产设备与材料供应商,在不同地点设立完全相同的工厂。

同一场址、同一工艺、同一物料清单与研发

同一场址理念的另一关键特点与通过可重复、可预测的方式,将研发工作与BOM一致性集中至同一制造流程或产品中相关,尽管这一特点已在产业年需求量从10GW增长至100GW的发展过程中缺失。

正如《Photovoltaics International》杂志姊妹网站PV-Tech近期就12家关键光伏组件制造商近十年研发支出所进行的分析文章[1]所述,从这一角度来看,研发问题十分明晰。推动研发支出水平增长的因素有许多,并且通常会简单地取决于企业的资产负债表状况和长期投资策略。

然而,绝大多数晶硅组件领军企业仅花费不到一成营收额的资金作为研发预算,已成为很多年来的一个迷思,这一数字比半导体和显示屏等其他同类技术产业内都要低。

或许,尽管这种状况或多或少地可以追溯为目前缺乏能够实现100%组件零部件内部自产(无论是否践行同一场址这一理念),并对价值链上的所有步骤拥有控制权。此外,晶硅组件类型产品存在产品变量,就使得将研发精力放在何处的问题要远重要于预算的数目。

在上文所提到的文章中,当研读各企业十年内研发汇总图表时(详见图一),会了解到First Solar公司的研发资金高于产业常值的原因。

在晶硅产品领域,(列举的12家关键制造商中)仅有SunPower公司在过去的十年中始终保持着较高水平的研发支出,其中大多可归于同一工艺流模式(IBC太阳能电池产品)和所有内部自产设备与制造工艺的知识产权,尽管主要集中在太阳能电池生产阶段。SunPower公司的研发支出从历史上来看,曾分布于不同的技术类别上,包括已沉寂了的CPV和当前中国合资项目所选择的太阳能电池组件。

除了将所有研发支出集中在同一生产工艺流程中外,同一场址模式所具有的其他主要差异是对全部所生产的组件产品使用同一张物料清单。这一特征的含义可能仍未被全部领会,但其确实给出了对于例如组件密封剂等问题的关注。如果不符合标准的材料被用作密封剂,组件产品在潮湿气候(或其他恶劣气候)中的性能将受到大幅影响。

组件BOM的可追溯性正迅速成为公共事业规模太阳能电站领域内被剖析热议的话题之一,资产业主与运维商通常被性能不佳的组件所累,而这些组件故障模式可被追溯至其生产过程中使用的关键材料缺少质量检测。

我们能否见证发展变化?

在研究领军晶硅组件供应商当前的内部自产制造策略后,从中并未发现采用同一场址/工厂模式的较大动因。

晶硅产品制造领域,特别是太阳能电池和组件产品,目前卷入了一席了的贸易纠纷中,包括美国的201条款贸易案和最新的MIP(最低进口价格)规定(已将进口产品受限条件扩大至所有在东南亚生产的电池和组件产品)等。

同时,领先晶硅组件供应商还留有将年出货量预期值设置在高于内部自产实际产能的期望,因此需要持续使用第三方OEM代工服务。

此外,晶硅技术蓝图也经历了从多晶至单晶、PERC太阳能电池类型的应用,以及72块电池组件类型应用数量的增加等迅猛转变。因此,灵活的供应已成为晶硅组件供应商为维持市场份额愿景的保障。

尽管薄膜产品领域内仍旧有少部分从业企业拥有有限的产能或全球银行可贴现性能力,这一技术领域必然将继续由First Solar主导,公司将在明年发布旗下Series 6系列量产电池板产品。
 
标签: 组件
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